Tezio Corteze

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C’est l’idée du poster, comparant à la même échelle les différents systèmes de sauvetage des cosmonautes, astronautes et taïkonautes qui me poussa à proposer ce sujet. La partie la plus lourde fut dont les dessins et surtout toute la recherche des sources pour faire le dessin. Le poster est visible dans les dessins et pixels.

Le texte fut la partie la plus facile…

 

 

 

Sauvez les hommes...le siège ou la tour ?

Espace et Magazine n°19 – Mars/Avril 2006 - première partie

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Depuis le lancement du premier homme dans l’espace, les concepteurs des différents vaisseaux spatiaux se sont concentrés sur la survie de leurs occupants, surtout dans l’une des phases les plus délicates ; le décollage.

 

Les méthodes employées furent d’abord tout droit héritées de l’aéronautique avant d’être totalement novatrices. Maintenant, les choses semblent bien rodées et dans quelques années, après le retrait des trois dernières navettes américaines, toute personne qui s’envolera vers l’espace, confiera sa vie au système éprouvé de tour de sauvetage.

Retour sur le passé pour les 8 premiers vaisseaux à qui la vie d’hommes et de femmes furent confiées ou envisagées. Les 8 derniers vaisseaux seront abordés dans notre prochain numéro.

 

Le premier vaisseau : VOSTOK                 

La survie de l’unique passager du Vostok, fut dès le départ confié au bon vieux siège éjectable. La marge de charge utile disponible avec la Zémiorka permettait largement de placer cet équipement qui aurait deux fonctions : celle d’assurer la survie du cosmonaute pendant la phase de décollage en l’éloignant d’un lanceur devenu ² fou ² et celle d’éjecter le passager lors de la phase retour. En effet, pour récupérer le cosmonaute dans sa capsule, les 2 460 kg de la capsule sphérique de retour – Charki – aurait nécessité l’emport d’un énorme parachute ou la misse en place d’un système de rétro-fusées. Les soviétiques décidèrent donc de faire atterrir séparément le passager et le vaisseau et confièrent à la firme ZVEZDA le soin de mettre au point le siège éjectable.

Le système d‘éjection, dont la mise à feu est envoyé par le sol, est en fonction jusqu’à la 40ème seconde. Le siège éjectable est placé sur deux rails incliné à 65° par rapport à la verticale. En cas d’avarie, deux secondes après l’éjection de la trappe circulaire, un piston éjecte le siège de la capsule et le moteur fusée (poudre) du siège est mis à feu provoquant la sortie de celui-ci par l’orifice visible dans la coiffe – là même où le cosmonaute avait pénétré.

Outre les équipements permettant cette éjection, le siège pesant 300 kg embarque les parachutes, les équipements de survie, de la nourriture, une radio et un canot de sauvetage.

Plusieurs essais furent menés depuis des avions, vers 4 km d’altitude, simulant l’éjection.

Le 22 décembre 1960, lors d’un échec de lancement d’un Vostok, le siège ne fonctionna pas mais les deux chiens Kometa et Shutka furent tout de même récupérés vivants après plusieurs heures de recherche. Pour les cinq vols Vostok, les cosmonautes n’utilisèrent pas le siège pour des raisons d’avarie mais suivant la procédure uniquement au retour. La propagande réussie pendant plusieurs décennies à nous faire croire que seul Gagarine était resté à bord de Vostok 1. Mais il n’en fut rien, il s’éjecta comme les quatre autres cosmonautes des autres missions, quelques minutes avant de toucher le sol.

 

 

MERCURY                                      

De leur coté les américains travaillaient sur une capsule de 1360 Kg : Mercury. Compte tenue de l’exiguïté de la capsule, la tour de sauvetage s’imposa de suite aux concepteurs. D’un poids de 500 kg, elle devait être efficace depuis le pas de tir jusqu’à 140 secondes de vol. Sa mise à feu pouvait intervenir automatiquement (sur ordre des détecteurs d’avaries), par le contrôle au sol ou par l’astronaute lui même. La séquence commence par la séparation pyrotechnique de la capsule et du lanceur suivi 10 secondes plus tard ! par l’arrachement de la capsule sous l’effet des 12 tonnes de poussée des trois tuyères de la fusée à poudre placée au sommet d’une structure tubulaire très résistante. Si la stabilisation de la trajectoire de secours n’était pas satisfaisante, l’astronaute pouvait agir à l’aide de deux système de contrôle manuels séparés.

En mars 1959 débutèrent les premiers essais de la tour de sauvetage avec une capsule de taille réelle. Les résultats furent si désastreux que le concept même de la tour failli être abandonnée.

Après des essais en modèle réduit, la tour de sauvetage fut essayée dans son intégralité le 22 juillet 1959 lors d’un « pad abort » (essais d’éjection depuis le pas de tir) emmenant une maquette de Mercury. Le 21 août suivant, le système se déclencha prématurément 31mn avant le décollage de la Little Joe amenant la capsule à plus de 600m d’altitude avant qu’elle ne se pose à 600m du pas de tir. Le 4 novembre, l’allumeur du moteur de la tour ne se déclencha pas alors qu’il était sollicité par le système de sécurité de la Little Joe en perdition à plus de 14 km d’altitude et déjà à 3700 km/h. En décembre, des tests d’éjection de la capsule furent réussis après 59 secondes de vol vers 29 km d’altitude à plus de Mach 5,5. Pendant le mois de mars 1960, la qualification de la tour fut obtenue dans des conditions simulant l’altitude de 31 km. Les premières Mercury de série furent testés avec succès en mai 1960. Le 8 novembre, la tour d’éjection se mit en marche prématurément pour une cause inconnue, mais la capsule refusa désespérément de se séparer de la Little Joe et s’écrasa au sol. Moins de 15 jours plus tard, le premier test avec le lanceur Redstone, qui devait lancer Shepard quelques mois plus tard se termina après 3cm de vol. Le système de sauvetage se déclencha et la capsule fut récupérée puis réutilisée pour un autre vol d’essais. Le 31 janvier 1961, lors du second vol Mercury – Redstone qui emportait le singe Ham, le système d’éjection fut activé quelques secondes avant la fin du vol propulsé du fait d’une vitesse anormalement élevée. La rentrée en fut affectée car la tour d’éjection apporta de la vitesse complémentaire et à la récupération, des traces d’eau dans la capsule trahirent la présence de fissures dans la coque de la capsule.

Le 18 mars 1961 avec Little Joe, Mercury connut les mêmes problèmes que lors du vol du 8 novembre. La capsule resta accrochée lorsque la tour d’éjection se déclencha prématurément. Le 25 avril, lors du troisième vol Mercury – Atlas, la tour évacua la capsule après 40 secondes de vol vers 5 km d’altitude avant que le lanceur qui avait quitté sa trajectoire ne soit détruit. La capsule fut parfaitement récupérée. Trois jours plus tard, le système d’éjection fut testé avec succès sur une Little joe. Enfin, le 5 mai 1961, Alan Shepard embarqua dans Mercury – Freedom 7 pour un vol balistique de 15mn 22s culminant à 187 km faisant de lui le premier américain à toucher l’espace. En tout, le programme Mercury totalisa 6 vols habités (2 Redstone, 4 Atlas) permettant aux américain de défricher ce nouvel espace de recherche et de conquête.

 

 

VOSKHOD, tente le diable !                       

Le programme Vostok terminé et le nouveau Soyouz pas encore prêt, le père du programme spatial soviétique – Sergeï Korolev, décide d’improviser le programme Voskhod – Elévation en russe – sur la base du Vostok.

La capsule de retour héritée du Vostok voit sa masse passer de 2460 à 2900 kg.

Afin de pouvoir loger le matériel scientifique, les équipement et surtout plusieurs cosmonautes, l’unique siège éjectable est supprimé au profit de sièges pour plusieurs cosmonautes. (Trois en survêtements pour Voskhod 1 – Deux en scaphandre pour la sortie de Leonov pour Voskhod 2)

Il semblerait que les concepteurs aient pensé au départ à équiper le Voskhod d’une tour de sauvetage, mais celle-ci ne fut pas prête à temps et fut affectée au Soyouz.

Conséquence : la première minute de vol à haut risque pour les cinq passagers des deux Voskhod. Une procédure de secours était tout de même prévue. En cas d’avarie grave du premier étage – dans les premières secondes de vol ou sur le pas de tir – c’est le troisième étage qui aurait été allumé prématurément éloignant ainsi les passagers du danger. Ensuite devait s’enchaîner le largage de la coiffe, celui de la capsule et l’ouverture du parachute pour un retour, mouvementé certes mais probablement efficace.

Les deux vols furent plutôt mouvementés, mais cette phase se déroula parfaitement.

Le conflit entre les militaires et Korolev, puis son décès début 1966 mit fin prématurément au programme Voskhod.

 

 

GEMINI                               

Il restait encore trop d’étapes à franchir pour réussir le pari de Kennedy et pouvoir aller sur la Lune.  Passer de Mercury à Apollo était  impossible. Il fallait encore tester les équipements, apprendre à piloter un vaisseau, modifier sa trajectoire, effectuer des rendez-vous entre deux vaisseaux, séjourner dans l’espace le temps du voyage Terre-Lune, affiner les techniques de rentrée atmosphériques, ... Les Américains inventèrent et développèrent Gemini qui tirait son nom de la troisième constellation du zodiaque et surtout du fait que ses passagers étaient au nombre de deux.

Gemini fut construite sur la base et la même forme que Mercury mais avec 50% de volume en plus ce qui permit à Michael Collins (GT10) de la comparer à l’avant d’une coccinelle Volkswagen.

Dès 1961, la décision d’utiliser le missile intercontinental (ICBM) à deux étages TITAN II pour placer en orbite GEMINI eut des conséquences sur le choix de son système d’éjection.

Titan II utilisant des propergols « stockables » dont l’explosion accidentelle était considérablement moins violente qu’avec l’Atlas de Mercury ou la future Saturn d’Apollo, la voie des sièges éjectables était cette fois permise.

Ces deux sièges furent conçus pour être efficaces sur le pas de tir (1), pendant la montée jusqu’à 18000 mètres d’altitude et en phase finale de retour. Ils étaient conçus pour fonctionner simultanément sur une activation manuelle des astronautes avec tout de même un déclenchement automatique de sécurité. Dès que la capsule avait dépassé les couches denses de l’atmosphère, les astronautes prenaient la précaution de retirer et ranger la poignée de déclenchement afin d’éviter un tir malencontreux dans l’espace !

Avant de pouvoir être éjectés, les deux lourdes portes en papillon de Gemini devait pyrotechniquement être arrachées en 300 millisecondes, pour laisser le passage libre.

Seulement, à l’arrêt et perché en haut des 45 m de la Titan II, chaque siège devait assurer l’éjection, le largage du pilote, le déploiement de son parachute et la récupération du passager.  Aucun siège éjectable n’était capable de cela à l’époque. La mission n’était pas de donner une chance de survie au pilote mais d’assurer la survie du pilote !

McDonnel – concepteur du vaisseau – confia à Rocket Power, Inc le soin de la réalisation du système de catapultage (Rocat) le plus puissant jamais réalisé aux USA.

En 1962/63, des tests du haut d’une tour de 45 m permirent de valider l’éjection de l’équipage depuis le pas de tir, alors que ceux menés depuis une maquette de Gemini sur chariot propulsé validèrent définitivement l’ensemble du système.

Le programme comporta en tout 12 vols dont 2 inhabités et permit de réussir à 120 % tous les objectifs.

Le sang froid de l’équipage Schirra – Stafford empêcha aux sièges éjectables de prouver leur efficacité lors du décollage avorté de Gemini VI en décembre 1965 en prouvant par la même occasion qu’il était plus sage de laisser la décision à l’homme.

Cette judicieuse « non décision » sauva la mission et permit de réaliser le rendez-vous avec Gémini VII déjà en orbite depuis déjà 8 jours.

Les 10 vols Gemini habités se déroulèrent comme à la parade (sauf le retour précipité de Gemini 8) permettant aux Américains de tester neuf rendez-vous, huit accostages, cinq sorties dans l’espace, un vol de deux semaines et une altitude record de 1 300 km. L’année 1967 se présentait sous les meilleurs auspices.

 (1) En une demi seconde, la boule de feu atteint 22 m de diamètre et chaque siège est déjà lui aussi à 22 m du lanceur mais à 42 m du sol. A 3 secondes, la boule atteint 61 m, le siège pour sa part est à 170 m de la capsule et à une altitude de 100 m. 3 secondes plus tard, la boule de feu atteint son diamètre maximum – 70 m, et l’astronaute est déjà sous parachute à plus de 300 m de l’explosion et encore à 60 m du sol.

 

 

MOL                                     

Après l’abandon du programme DYNA-SOAR, l’US Air Force s’engagea en 1963 dans un nouveau programme qui devait leur permettre de disposer vers 1969 d’une station orbitale – laboratoire lancée avec son équipage : le programme MOL pour Manned Orbiting Laboratory.  Logé en haut de la TITAN III M, le laboratoire était surmonté d’un capsule GEMINI modifiée dite B avec pour particularité de disposer d’un sas sous les sièges permettant le passage dans le bouclier thermique donnant directement dans le laboratoire.

A même capsule, même dispositif de sauvetage : C’est à deux sièges éjectables que la vie des 2 militaires serait confiée pour les premières secondes de vol.

Après deux essais à vide (le premier vol habité était envisagé pour 1972), le programme MOL fut abandonné un mois avant que l’Homme ne marche sur la Lune après tout de même avoir englouti 1,3 milliard de dollars. Les performances des satellites d’observation militaires s’étant nettement améliorées en 6 ans que la station militaires habitée ne se justifiait plus.

 

 

MERKUR d’ALMAZ                                              

En 1964, en réponse au projet MOL des américains, CHELOMEI (concurrent de Korolev, qui travaillait principalement pour les militaires) propose devant la commission Militaro Industrielle, une version améliorée de sa station orbitale pilotée ALMAZ. Il propose cette fois de faire desservir cette station par de gros vaisseaux de ravitaillement, les TKS (pour Vaisseau de transport d’approvisionnement en russe) équipés d’une capsule habité. Cette capsule permettrait d’assurer la rotation et le sauvetage des équipages ainsi que le transport ou le retour de charges utiles. Dérivée d’un projet lunaire (LK-1) la capsule nommée MERKUR ressemble à la GEMINI B du MOL américain. D’une masse de 3 tonnes et de forme conique de 3 mètres de base, elle peut assurer le transport de 3 cosmonautes. Comme pour la Gemini B du MOL, elle est équipée d’un sas dans son bouclier thermique arrière permettant le passage vers la station.

Malgré les embûches politiques et personnelles,  Chelomeï parviendra tout de même à faire voler ses TKS et ses capsules MERKUR.

Pour tester la capsule, Chelomeï fait réaliser une maquette de TKS surmontée d’une capsule MERKUR, mais à l’intérieur de la maquette, il y loge une seconde capsule.

Ces vols qui intriguèrent l’occident, assurés par la PROTON, vont se dérouler à 4 reprises.

Cosmos 881 et 882 – 15/12/76. avec 2 capsules récupérées le jour même.

Cosmos 997 et 998 – 30/03/78. qui renouvellent la même mission.

Le troisième test du 5 janvier 1979 se solde par un échec au lancement, mais le système de sauvetage prouve son efficacité et permet de récupérer la capsule supérieure.

Enfin, Cosmos 1100 et 1101 – 23/05/79. permettent de tester et de récupérer les deux capsules le même jour.

Il semblerait même qu’une capsule est effectué deux vols.

Pendant ce temps, les TKS équipés de capsules effectuent leurs essais en vol.

Cosmos 929 – 1977. qui largue sa capsule après un mois de vol.

Cosmos 1267 – 25/04/81. largue également sa capsule après un mois de vol avant d’aller effectuer sa jonction sur Saliout 6 quelques semaines plus tard.

Cosmos 1443 – 02/03/83. qui s’arrime à l’avant de Saliout 7 habité. 157 jours plus tard, Cosmos 1443 reprend son autonomie et largue le 23 août la capsule qui revient avec 350 kg de charge utile.

Les intrigues et les aléas politiques empêcheront au programme ALMAZ de voir le jour sous cette forme. Réalisés sur la base des TKS des modules spécialisés viendront compléter la station MIR.

Les capsules MERKUR, si longtemps secrètes aux yeux de l’occident finiront (au moins pour l’une d’entre elles) chez Sothby’s avant de finir exposée au Smithonian National Air and Space Museum de Washington. Drôle de fin pour un programme secret !

 

 

ZOND (Programme L1)                                           

Bien que soviétiques déclaraient ne pas vouloir envoyer des hommes vers la Lune, ils préparaient dans le plus grand secret trois programmes distincts : Un programme automatique de retour d’échantillons, un survol habité de la Lune et l’atterrissage d’un cosmonaute. 

Après de multiples projets débouchant des luttes d’influence des différent acteurs du spatial soviétique de l’époque, le premier projet lunaire à émerger fut le programme ZOND, avec pour objectif de faire contourner la Lune à deux cosmonautes avec comme lanceur la nouvelle fusée Proton. L’avant-projet fut adopté fin 1965.

La capsule habitable, issue du projet Soyouz avait un diamètre de 2,17 m et accusait 3100 kg sur la balance.

Pour la sécurité des deux passagers, une tour de sauvetage est montée sur la coiffe qui abrite le vaisseau. Le compartiment orbital ayant été retiré du projet d’origine, un cône est placé sur le haut de la capsule par faire le lien avec la coiffe en cas d’utilisation de la tour de sauvetage.

Celle-ci fonctionne parfaitement lors des échecs du troisième et quatrième essai en septembre et novembre 1967 et permet la récupération de la capsule Zond à quelques kilomètres du pas de tir.

Son fonctionnement est relativement simple. Deux types de moteurs équipent cette tour. Une première batterie de moteurs à poudre située sur la partie haute est destinée à extraire la tour de la coiffe lorsque celle-ci est devenue inutile. La seconde, plus importante en forme de fleur ou de gros champignon est composée de 12 puissantes tuyères qui ont pour fonction d’arracher la partie supérieure du lanceur, coiffe et capsule. Des mécanismes pyrotechniques découpent la coiffe sous les panneaux stabilisateurs et séparent la capsule du compartiment des moteurs. Les 4 panneaux stabilisateurs fixés à la base se déploient à 90° et stabilisent la montée du composite. Arrivée à son apogée, la capsule est l’arguée et la procédure de récupération habituelle est lancée ; Parachute et rétrofusées.

Pour des raisons de sécurité, le premier vol habité autour de la Lune prévue une semaine avant Apollo 8 ne prit pas la route de l’espace. Seule la vie de tortues qui allèrent survoler la Lune fut confiée au système de sauvetage des Zond. 

 

 

LOK (Programme L3)                                             

Longtemps gardé secret, le grand programme lunaire soviétique prévoyait à l’image du programme Apollo, l’utilisation d’un module orbital – le LOK et d’un module lunaire – le LK (voir espace magazine n°4)

Nous savons tous ce qui est survenu de ce gigantesque programme qui à mis à bas les ambitions soviétiques de coiffer les américains dans la course à la Lune. Le système de sauvetage retenu était la tour de sauvetage mais à l’échelle des masses en jeux, c’est à dire grandiose. Comme pour celle du Zond, le premier groupe propulseur situé au sommet de la tour est destiné à l’extraire avant la séparation de la coiffe lors d’un vol nominal. Le second groupe d’un dizaine de tuyères a pour mission d’arracher la partie avant du LOK (compartiment orbital et capsule) toujours protégée de la partie avant de la coiffe (presque 17 mètres de long) Eloignée ainsi du danger, la capsule est larguée et enclenche la procédure de récupération habituelle (de type Zond).

Sur les quatre échecs que connurent les quatre uniques lancements de la gigantesque N1, le système de récupération fonctionna parfaitement à trois reprises permettant à chaque fois de récupérer la capsule ; maigre consolation !

Finalement, aucun soviétique ne vit la Lune de près. Le programme automatique de retour d’échantillon faillit bien jour un grand tour aux américains, car si Luna 15 n’avait pas raté son atterrissage sur la Lune au moment même ou Armstrong et Aldrin se préparaient à quitter la Lune, les échantillons de roches lunaires seraient arrivés en URSS avant le retour d’Apollo 11. L’histoire en a décidé autrement.

 

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